PDF《Maxc el727 克劳斯催化剂在高含硫天然气净化厂的应用》

M a x c e l

7 2 7克劳斯催化剂在高含硫天然气净化厂的应用 魏荆辉 陈刚 黄坤 杜莉 胡良培 方传统 中原油田普光天然气净化研究所 摘要针对 P o r o c e l公司开发的氧化铝基克劳斯催化剂 M a x c e l

7 2 7, 介绍了催化剂的特点和开 工情况, 收集了催化剂在普光天然气净化厂硫磺回收装置8年运行过程中的相关参数, 并对其使用情况 进行了分析, 总结出了稳定催化剂运行的工艺措施, 主要包括科学装填、 稳定脱硫单元操作及优化克劳 斯反应炉配风等操作.

关键词 克劳斯催化剂 转化率 硫酸盐化 积碳 水热老化 D O I :

1 0.

3 9

6 9 / j . i s s n .

1 0

0 7 -

3 4

2 6.

2 0

1 8.

0 2.

0 0

7 A p p l i c a t i o no fC l a u s c a t a l y s tM a x c e l

7 2

7 i nh i g hH

2 S c o n t e n tn a t u r a l g a sp u r i f i c a t i o np l a n t W e i J i n g h u i , C h e nG a n g , H u a n gK u n , D uL i , H uL i a n g p e i , F a n gC h u a n t o n g Z h o n g y u a nO i l f i e l dP u g u a n gN a t u r a lG a sP u r i f i c a t i o nR e s e a r c hI n s t i t u t e, D a z h o u, S i c h u a n, C h i n a A b s t r a c t : A c c o r d i n g t o t h eC l a u s c a t a l y s tM a x c e l

7 2 7d e v e l o p e db yP o r o c e l , t h i s a r t i c l e i n t r o d u c e d t h e c h a r a c t e r i s t i c s a n ds t a r t - u ps i t u a t i o no f t h e c a t a l y s t . R e l a t i v ep a r a m e t e r s o f t h e c a t a l y s t u s e d i n t h e C l a u su n i to fP u g u a n gN a t u r a lG a sP u r i f i c a t i o nP l a n td u r i n g8y e a r so p e r a t i n gp r o c e s sw e r e c o l l e c t e d , a n dt h ea p p l i c a t i o nw a sa n a l y z e d .T h em e a s u r e sf o rs t a b i l i z i n gc a t a l y s to p e r a t i o nw e r es u mm a r i z e d , w h i c h m a i n l y i n c l u d e d s c i e n t i f i c l o a d i n g ,s t a b i l i z i n g o p e r a t i o n o f d e s u l f u r i z a t i o n u n i t a n d a i r d i s t r i b u t i o no p t i m i z a t i o no fC l a u s f u r n a c e . K e yw o r d s : C l a u sc a t a l y s t , c o n v e r s i o nr a t e , s u l f a t e , c a r b o nd e p o s i t i o n , h y d r o t h e r m a l a g i n g 普光天然气净化厂于2

0 0 7年8月3 1日正式开工 建设,

2 0

0 9年1 0月1 2日开始投料试车,

2 0

1 0年8月31日正 式投入商业运营.硫磺回收单元选用美国Porocel公司氧化铝基克劳斯催化剂 M a x c e l

7 2 7, 在一 定的温度下将 H2 S、 S O

2、 C O S、 C S

2 转化为 S x, 克劳斯 催化剂的稳定使用直接反映硫磺回收装置的硫转化率 和硫回收率水平, 装置开工至今运行良好.

1 工艺流程简介 普光天然气净化厂设计处理量为120*1

0 8 m3 / a , 共有6套联合装置, 每套联合装置包 括2列脱硫单元、 1列脱水单元、 2列硫磺回收单元、

2 列尾气处理单元及1列酸水汽提单元, 单列硫磺回收 装置设计规模为2 0*1

0 4 t / a , 采用两级常规 C l a u s硫 磺回收和 配套SCOT 尾气处理工艺, 总硫回收率为99. 8%, 装置操作弹性为5 0%~1

3 0%, 年操作时间为

80 0 0h [ 1] , 流程见图1. 脱硫单元再生后的酸气出酸气分液罐后, 与风机 提供的空气在燃烧炉中进行燃烧, 产生的高温过程气 进入 与燃烧炉直接相连的余热锅炉, 在锅炉中产生3. 5MP a 的饱和 蒸汽以回收余热, 同时冷却过程气. 冷却后的过程气进入一级硫冷凝器, 使硫蒸气进一步 冷凝成液硫, 同时产生0.

4 MP a的饱和蒸汽, 液硫依 靠重力自流至一级硫封罐, 然后自流至液硫池. 出一

6 3 石油与天然气化工CHEM I C A LE NG I N E E R I NG O FO I L &

G A S

2 0

1 8 作者简介: 魏荆辉, 高级工程师, 主要从事天然气处理研究工作.E - m a i l :

3 2

7 0

7 8

0 6

8 3@q q . c o m 级硫冷凝器的过程气进入一级反应进料加热器, 经3. 5MP a中压蒸汽加热后进入一级转化器, 在反应器内 过程气与催化剂接触, 继续发生反应至达到平衡, 反应 中生成的硫在过程气进入二级硫冷凝器后冷凝出来, 自流经二级硫封罐后进入液硫池. 过程气在二级反应进料加热器中被加热后进入二 级转化器, 在二级转化器内, 过程气与催化剂接触, 进 一步发生反应( Ⅰ) 直至达到平衡.反应后的过程气进 入末级硫冷凝器, 冷凝下来的液硫经三级硫封罐后进 入液硫池, 出末级硫冷凝器的尾气进入尾气处理单元. 来自各级硫冷凝器的液硫依靠重力自流至液硫 池, 在液硫池中通过 B l a c k &

V e a t c h的专利 MAG 脱 气工艺可将液硫中的 H2 S质量分数脱除至1 0*1 0-6 以下.

2 催化剂性能及装填 2.

1 催化剂特点 M a x c e l

7 2 7克劳斯催化剂以氧化铝为载体, 具有 良好的克劳斯转化性能和水解性能, 催化剂性能保证 值: 一级 转化器H2 S+S O

2 转化率性能保证值大于65%, C O S转化率大于7 5%, C S

2 转化率大于2 5%, 二 级转化器 H2 S+S O

2 转化率性能保证值大于6 8%. 在转化器内发生的主要反应见式(Ⅰ)~式(Ⅲ) [ 2] .

2 H2 S+S O ?? =

2 3 n S n+2 H2O ( Ⅰ) C O S+H2 ?? = O C O 2+H2 S ( Ⅱ) C S 2+2 H2 ?? = O C O 2+2 H2 S ( Ⅲ) 其中, 式( Ⅰ) 为主反应, 式( Ⅱ) 和式( Ⅲ) 为水解反 应, 主要发生在一级转化器. 2.

2 催化剂性质 催化剂性质如表1所列. 表1 M a x c e l

7 2

7 催化剂 T a b l e1 M a x c e l

7 2 7c a t a l y s t 项目 指标 直径/ mm

5 堆密度/ ( k g ・L-1 ) 0.

6 4

1 比表面积/ ( m2 ・g -1 )

3 7

0 w( N a O 2) /% 0.

3 5 w( S i O 2) /% 0.

0 1

5 w( A l 2O3) /%

9 2.

5 热焙烧损失(

10 0

0 ℃) , w /%

7 磨损率, w /% 0.

5 孔容/ ( c m

3 ・g -1 ) 0.

5 3 孔容( >

7

5 0n m) / ( c m

3 ・g -1 ) 0.

2 2.

3 催化剂装填

2 0

0 9年4月~6月, 净化厂各联合装置

一、 二级转 化器催化剂完成装填.硫磺回收单元两台卧式转化器 的规格为 Φ

31 0 0mm*2

71 0 0mm( 切) , 制硫催化剂 均装填 P o r o c e l活性氧化铝 M a x c e l7

2 7, 具体装填方 式为: 在转化器底部装填1层支撑瓷球, 底层装填 Ф

1 0 mm 支撑瓷球, 高度为1

5 0mm;

催化剂床层装填克劳

7 3 第4 7卷第2期 魏荆辉 等Maxcel727克劳斯催化剂在高含硫天然气净化厂的应用 斯催化 剂, 高度为11

2 5 mm;

催化剂上部装填Ф10mm 封顶瓷球, 高度为7 5mm, 见图2.

3 催化剂运行情况 3.

1 开工运行

2 0

0 9年1 0月, 第1列装置进气投产, 催化剂首次 在国内高含硫天然气净化厂硫磺回收单元进行工业应 用.2

0 1 0年1 0月1 3日~1 4日, 随机对部分开工催化 剂进行了性能考核, 受过程气取样器堵塞的影响, 一级 转化器出口过程气未能取出, 只对二级转化器进行了 考察.在硫磺回收单元9 0%负荷、 二级转化器入口温 度230℃的 条件下, 克劳斯转化率超过性能保证指标, 催化剂性能达到预期要求, 具体情况见表2. 表2 过程气组成分析 T a b l e2 C o m p o s i t i o na n a l y s i so f p r o c e s sg a s 项目

1 3 2系列

1 6 1系列

1 6 2系列

1 3 1系列 入口φ( H2 S ) /% 1.

3 9 1.

5 1 1.

4 7 1.

2 4 出口φ( H2 S ) /% 0.

2 5 0.

2 1 0.

1 6 0.

3 0 入口φ( S O 2) /% 0.

6 9 0.

7 3 0.

6 4 0.

6 5 出口φ( S O 2) /% 0.

1 1 0.

1 0 0.

1 0 0.

1 2 转化率/%

8 3

8 5

8 7

7 8 3.

2 技术优化 为保证硫磺回收单元的平稳运行及催化剂的使用 效果, 根据酸气气质( 见表3 ) , 经过多年的经验摸索和 技术优化, 积累了硫磺回收单元的操作运行经验. 表3 酸气气质分析 T a b l e3 C o m p o n e n t a n a l y s i so f a c i dg a s φ /% 项目 设计值 实际值( 平均值) H2 S

6 0.

5 5 7.

2 C O

2 3 2.

3 3 4.

1 烃类 0.

2 0.

1 6 (

1 )优化........